RU2023271C1

RU2023271C1 - Device to measure magnetic noise

Info

Publication number: RU2023271C1
Authority: RU
Inventors: Д.М. Александров; В.Г. Букреев; С.А. Филист; И.В. Суховаров
Original assignee: Курский Политехнический Институт
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: measurement technology, nondestructive testing. SUBSTANCE: device has excitation generator 1, magneto-modulated converter 2, digital compensator 3, control unit 4 and recording unit (computer) 6. Digital compensator is manufactured in the form of amplifier 6, attenuator 7, adder 8, amplifier 9, analog-to-digital converter 10, on-line storage 11 and digital-to-analog converter 12. Control unit includes former 13, counters 14,15, flip-flop 16 and AND gate 17. Excitation generator is composed of master generator 18, counters 19, 21, multiplexer 20 and power amplifier 22. EFFECT: reduced time and improved authenticity of measurements. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано в приборостроительной, электротехнической и радиотехнической промышленности, а также для неразрушающего контроля материалов и изделий. The invention relates to magnetic measuring technology and can be used in instrument-making, electrical and radio engineering industries, as well as for non-destructive testing of materials and products.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений. The purpose of the invention is to improve the accuracy and reliability of measurements.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема цифрового компенсатора; на фиг.3 - функциональная схема блока управления; на фиг.4 показана структурная схема генератора возбуждения. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; figure 2 is a structural diagram of a digital compensator; figure 3 is a functional diagram of a control unit; figure 4 shows the structural diagram of the excitation generator.

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 возбуждения, магнитомодуляционный преобразователь 2, обмотка возбуждения которого подключена к первому выходу генератора 1 возбуждения, цифровой компенсатор 3, первый вход которого подключен к сигнальной обмотке магнитомодуляционного преобразователя 2, а второй - ко второму выходу генератора 1 возбуждения, блок 4 управления и регистрирующий прибор 5 (ЭВМ). The device (Fig. 1) contains an excitation generator 1, a magnetomodulating transducer 2, the excitation winding of which is connected to the first output of the excitation generator 1, a digital compensator 3, the first input of which is connected to the signal winding of the magnetomodulating transducer 2, and the second to the second output of the excitation generator 1 , control unit 4 and recording device 5 (computer).

Цифровой компенсатор 3 (фиг.2) содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель 6, вход которого предназначен для подключения к сигнальной обмотке магнитомодуляционного преобразователя 2, аттенюатор 7, сумматор 8, усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь 10, вход "запуск" которого подключен к второму выходу генератора 1 возбуждения, оперативное запоминающее устройство 11 (ОЗУ), информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 10, адресный - к третьему выходу блока 4 управления, а входы управления соответственно - к выходу "Конец преобразования" аналого-цифрового преобразователя 10, к второму выходу генератора 1 возбуждения и четвертому выходу блока 4 управления, и цифроаналоговый преобразователь 12, вход которого подключен к выходу ОЗУ 11, а выход - к второму входу сумматора 8. The digital compensator 3 (Fig.2) contains a series-connected differential amplifier 6, the input of which is designed to connect to the signal winding of the magnetomodulating transducer 2, an attenuator 7, an adder 8, an amplifier 9, an analog-to-digital converter 10, the start input of which is connected to the second the output of the excitation generator 1, random access memory 11 (RAM), the information input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter 10, the address - to the third output of the control unit 4, and the control inputs eniya respectively - to the output of "End converting" analog-to-digital converter 10, to the second output of the generator 1, the excitation and fourth output control unit 4, and a digital to analog converter 12 whose input is connected to the RAM output 11 and an output - to the second input of the adder 8.

Блок управления 4 (фиг.3) содержит формирователь 13, вход которого подключен к первому выходу генератора 1 возбуждения, программируемые счетчики 14, 14, триггер 16 и элемент И 17. The control unit 4 (figure 3) contains a driver 13, the input of which is connected to the first output of the excitation generator 1, programmable counters 14, 14, trigger 16 and the element And 17.

Генератор возбуждения (фиг.4) содержит последовательно соединенные задающий генератор 18 (кварцевый генератор), счетчик 19, мультиплексор 20, счетчик 21 и усилитель 22 мощности. The excitation generator (Fig. 4) comprises a serially connected master oscillator 18 (crystal oscillator), a counter 19, a multiplexer 20, a counter 21 and a power amplifier 22.

Устройство работает в трех режимах. Первый режим - "Компенсация", предназначен для заполнения резидентного ОЗУ 11 цифрового компенсатора (фиг. 2). В этом режиме с помощью программируемого счетчика 15 блока управления (фиг. 3) задается число отсчетов на периоде перемагничивания, т.е. объем памяти, заполняемый в резидентном ОЗУ 14. По входу "Компенсация" (от кнопки или ЭВМ) триггер 16 переходит в единичное состояние и переводит ОЗУ 11 в режим "Запись". Процесс перехода триггера 16 в единичное состояние синхронизирован с началом цикла перемагничивания, что реализовано посредством формирователя 13, который запускается по фронту импульса, поступающего с выхода усилителя 22 мощности. В этот же момент обнуляют программируемый счетчик 15, на счетный вход которого подают импульсы с выхода мультиплексора 20 (фиг.4). Посредством переключения мультиплексора 20 можно регулировать частоту перемагничивания. Коэффициент пересчета счетчика 21 постоянен и определяет максимальное число отсчетов, которое может быть получено на периоде перемагничивания. Ваpьиpование коэффициента пеpесчета счетчика 15 позволяет снизить количество отсчетов на пеpиоде пеpемагничивания. Если ОЗУ 11 работает в режиме "Запись", то на выходе цифроаналогового преобразователя 12 присутствует нулевое напряжение, следовательно, на вход аналого-цифрового преобразователя 10 поступает напряжение только от измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2. Аттенюатор 7 служит для достижения более полного использования динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя 10. Коэффициент усиления усилителя 9 может быть равен либо единице, либо номинальному значению, в зависимости от состояния триггера 16. В режиме "Компенсация" коэффициент усиления равен единице. The device operates in three modes. The first mode - "Compensation", is designed to fill the resident RAM 11 of the digital compensator (Fig. 2). In this mode, using the programmable counter 15 of the control unit (Fig. 3), the number of samples on the magnetization reversal period is set, i.e. the amount of memory filled in the resident RAM 14. At the input "Compensation" (from a button or a computer), the trigger 16 goes into a single state and puts the RAM 11 in the "Record" mode. The process of transition of the trigger 16 to a single state is synchronized with the beginning of the magnetization reversal cycle, which is implemented by means of a shaper 13, which is triggered by the front of the pulse coming from the output of the power amplifier 22. At the same time, the programmable counter 15 is zeroed, to the counting input of which pulses are fed from the output of the multiplexer 20 (Fig. 4). By switching the multiplexer 20, the magnetization reversal frequency can be adjusted. The conversion factor of the counter 21 is constant and determines the maximum number of samples that can be obtained during the magnetization reversal period. Varying the conversion factor of the counter 15 allows you to reduce the number of samples at the period of the magnetization reversal. If the RAM 11 operates in the "Record" mode, then the output of the digital-to-analog converter 12 contains zero voltage, therefore, the input of the analog-to-digital converter 10 receives voltage only from the measuring winding of the magnetomodulating converter 2. The attenuator 7 serves to achieve a more complete use of the dynamic range of the analog -digital converter 10. The gain of the amplifier 9 can be either one or a nominal value, depending on the state of the trigger 16. In the "To "compensation gain is equal to one.

Мгновенные значения напряжения и измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2 преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 10 и хранятся в резидентном ОЗУ 11. После того, как на периоде перемагничивания получено заданное число отсчетов, импульс "Переполнение" со второго выхода счетчика 15 устанавливает триггер 16 в нулевое состояние, ОЗУ 11 переходит в режим "Считывание", на втором входе сумматора 8 появляется компенсирующее напряжение, а на его выходе - напряжение шума, которое усиливается усилителем 9 и преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 10. The instantaneous voltage and measuring windings of the magnetomodulating transducer 2 are converted into digital form by analog-to-digital transducer 10 and stored in resident RAM 11. After a specified number of samples are received on the magnetization reversal period, the Overflow pulse from the second output of counter 15 sets the trigger 16 to zero state, the RAM 11 goes into the "Read" mode, at the second input of the adder 8 there is a compensating voltage, and at its output - the noise voltage, which is amplified by the amplifier 9 and reobrazuetsya digitized analog-digital converter 10.

Таким образом устройство переходит в следующий режим - "Измерение". В этом режиме ОЗУ 11 работает в режиме "Считывание" и на выходе цифроаналогового преобразователя 12 имеем дискретные значения напряжений, полученных на выходе измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2 в режиме "Компенсация". В сумматоре 8 эти напряжения инвертируются и складываются с напряжением, поступающим с выхода аттенюатора 7. Так как режимы "Компенсация" и "Измерение" протекают синхронно, то в соответствующие моменты времени напряжение измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2 компенсируется напряжением с выхода цифроаналогового преобразователя 12 и в эти моменты времени мы имеем на входе аналого-цифрового преобразователя 10 только напряжение шумов. Так как запуск аналого-цифрового преобразователя 10 синхронизирован с процессом компенсации (считыванием из ОЗУ 11), то дискретные значения напряжения шума поступают с выхода аналого-цифрового преобразователя 10 в ОЗУ ЭВМ 5, младшие адресные разряды которого объединены с адресными разрядами ОЗУ 14. Для получения низкочастотной составляющей шума необходимо осуществить анализ отсчетов за ряд циклов перемагничивания. Для этой цели служит программируемый счетчик 14, который задает как число анализириуемых циклов перемагничивания ΔТ, так и дискретность по циклам перемагничивания N. Очевидно, что число циклов перемагничивания составит N = 2

(1) где f_пер - частота перемагничивания;
f_н.а. - нижняя частота анализа.Thus, the device goes into the next mode - "Measurement". In this mode, the RAM 11 operates in the "Read" mode and at the output of the digital-to-analog converter 12 we have discrete values of the voltages obtained at the output of the measuring winding of the magnetomodulating converter 2 in the "Compensation" mode. In the adder 8, these voltages are inverted and added to the voltage coming from the output of the attenuator 7. Since the "Compensation" and "Measurement" modes proceed synchronously, at the corresponding time moments the voltage of the measuring winding of the magnetomodulating converter 2 is compensated by the voltage from the output of the digital-to-analog converter 12 and these moments of time we have at the input of the analog-to-digital Converter 10 only the noise voltage. Since the start of the analog-to-digital converter 10 is synchronized with the compensation process (reading from the RAM 11), the discrete values of the noise voltage come from the output of the analog-to-digital converter 10 in the RAM of the computer 5, the lower address bits of which are combined with the address bits of the RAM 14. To obtain of the low-frequency component of noise, it is necessary to analyze samples for a series of magnetization reversal cycles. For this purpose, a programmable counter 14 is used, which sets both the number of analyzed magnetization reversal cycles ΔТ and the discreteness of magnetization reversal cycles N. Obviously, the number of magnetization reversal cycles is N = 2

(1) where f _lane is the magnetization reversal frequency;
f _n.a. - lower frequency analysis.

Шаг дискретизации по циклам перемагничивания определяет верхняя частота анализа избыточного шума в спектрограмме f_в, т.е. Δ Т = 1/2f_в (2)
Учитывая (1) и (2) после несложных преобразований получим число отсчетов по циклам перемагничивания: n =

(3) Если мы имеем на периоде перемагничивания m отсчетов, то в результате режима "Измерение" в ОЗУ 4 ЭВМ 5 будем иметь двумерный массив, размерность которого составит mxn, где m = 2^Q1, n = 2^Q2, Q₁ - число выходных разрядов в счетчике 18, Q₂ - число выходных разрядов в счетчике 7.The sampling step for the magnetization reversal cycles determines the upper frequency of the analysis of excess noise in the spectrogram f _in , i.e. Δ T = 1 / 2f _in (2)
Taking into account (1) and (2) after simple transformations, we obtain the number of samples from the magnetization reversal cycles: n =

(3) If we have m readings during the magnetization reversal period, then as a result of the Measurement mode in RAM 4, we will have a two-dimensional array with dimension mxn, where m = 2 ^Q 1, n = 2 ^Q 2, Q ₁ - the number of output bits in the counter 18, Q ₂ - the number of output bits in the counter 7.

После того, как двумерный массив mxn получен, устройство переходит в режим "Индикация". При этом со второго выхода счетчика 14 (выход "Переполнение") поступает сигнал прерывания в ЭВМ 5, после анализа которого последняя перегружает двумерный массив отсчетов из буферного ОЗУ ЭВМ 5 в собственное ОЗУ и приступает к определению дискретного двумерного унитарного преобразования для этого массива отсчетов в соответствии с программой. После определения преобразования ЭВМ 5 осуществляет вывод элементов преобразованного массива на терминальное устройство в численной форме или в виде полутонового изображения. After the two-dimensional array mxn is received, the device switches to the "Display" mode. At the same time, from the second output of counter 14 (the "Overflow" output), an interrupt signal is received in the computer 5, after analysis of which the latter loads the two-dimensional array of samples from the buffer RAM of the computer 5 into its own RAM and proceeds to determine the discrete two-dimensional unitary transformation for this array of samples in accordance with the program. After determining the conversion, the computer 5 outputs the elements of the converted array to the terminal device in numerical form or in the form of a grayscale image.

Claims

1. DEVICE FOR MEASUREMENT OF MAGNETIC NOISE, containing a series-connected excitation generator, magnetomodulating transducer, compensator and recording device, characterized in that, in order to improve the accuracy and reliability of measurements, a control unit is additionally introduced into it, the first input of which is connected to the first output of the generator , the second - with the second output of the generator and the second input of the compensator, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the compensator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the excitation generator is made in the form of series-connected master oscillator, first counter, multiplexer, second counter and amplifier, the output of which is connected to the first output of the excitation generator, and the output of the multiplexer to its second output.

3. The device according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a shaper, the first input of which is connected to the first input of the block, element And, first counter, second counter, the input zero setting of which is connected to the output of the shaper and the first input of the element And and its counter input is to the second input of the block, the trigger, the clock input of which is connected to the output of the shaper, the unit setting input is connected to the first zero setting input, the zero setting input is to the second second output, the second input is AND oedinen latch with an inverted output and the output of AND gate is connected to the counting input of the first counter.

4. The device according to claim 1, characterized in that the digital compensator is made in the form of a differential amplifier, attenuator of the adder, amplifier, analog-to-digital converter, random access memory and digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second input, connected in series with the measuring winding of the magnetomodulating converter the adder, the second input of the amplifier is connected to the output of the control unit and the input address of the random access memory, the control inputs of which respectively connected to the output "end of conversion" of the analog-to-digital converter, the input "start" of the analog-to-digital converter and the direct output of the trigger of the control unit, the input "start" of the analog-to-digital converter is connected to the second output of the excitation generator.